Buňka (buňky tkáně orgány organismus) - funkce a struktura jsou vzájemně propojené vlastnosti - v průběhu evoluce specializace buněk - odlišná funkce podle množství organel, charakterem cytoplasmy a vlastnostmi membrány FYZIOLOGIE BUŇKY Příklad: Tuková buňka v cytoplazmě tuková kapénka, jádro, membránaneměnné napětí Nervová buňka mitochondrie, granulární enazmatické retikulum, ribozómy, jádro, membrána - změny membránového potenciálu Životní cyklus buňky: a) Zárodečné, kmenové buňky- opakování cyklů b) Specializované buňky 1.cyklus do fáze diferenciace Buňka - základní stavební a funkční jednotka těla - je nejmen jednotkou živého organismu schopnou nezávislé existence (metabolismus, pohyb, růst, rozmnožování, dědičnost = schopnost buněčného děl) - fyziologie orgánů a systémů je založena na komplexní funkci buněk, ze kterých je složena - komplexní funkce je dána strukturou na subcelulární úrovni Základem kmenová buňka schopnost reprodukce, diferenciace Životní cyklus buňky - cyklický charakter Schopnost obnovy epidermis 2 týdny x sliznice GIT 2 3 dny X Specializované buňky (neurony, svalové buňky) Zánik: nekróza (patologický proces) apoptóza ál elům m a dal řen 1
Buněčný cyklus: regulace cykliny Mitóza zdvoj chromozómů (0,5 2 h) X meióza- půl chromozomů Interfáze (6 36 hod) G1 fáze: růst, difer. S fáze: dvoj.chrom. G2 fáze: příprava mitózy Apoptóza programovaná buněčná smrt: 1. Eliminace přebytečných buněk v embryonálním vývoji 2. Přizpůsob tkáně při zátěži 3. Odstranění škodlivých buněk (nádorové bb.) Signální kaskáda regulována pozitivně i negativně = aktivace Ca 2+ -Mg 2+ endonukleázy rozpad DNA fragmentace (kondenzace chromatinu, segmentace jádra), svinutí plazmatické membrány do vakovitých výběžků, konstrikce jejich báze a vytvoř apoptotických tělísek - organely v nich jsou intaktní a schopné funkce - fagocytovány makrofágy Nekróza - patologický proces vyvolaný : toxickým, tepelným či mechanickým zevním vlivem, který vyvolává rozvrat iontové intracelulární homeostázy Nedostatek ATP Zvýš i.c. koncentrace Ca 2+ aktivace Ca 2+ -dependentní fosfolipázy dilatace ER, alterace mitochondrií, zduř buňky, ruptura plazmatické membrány a lýza buňky Stavba buňky tři typické části: 1. Plazmatická membrána selektivně permeabilní, odpovědná za tvar, odděluje vnitřní struktury od vnějho prostředí, kontakt komunikace 2. Cytoplazma a organely tekuté prostředí buňky mezi jádrem a plazmatickou membránou organely specifická funkce 3. Jádro obsahuje genetickou informaci řídící činnost buňky ál elům m a dal řen 2
Plazmatická membrána Uspořádání periferních a integrálních proteinů Glykoproteiny a glykolipidy Cukerná složka negativní náboj Polární část hydrofilní část vystavena vodnímu prostředí Nepolární hydrofobní část Vysoký obsah cholesterolu vysoká rigidita membrány Model struktury: tekutá mozaika - stavba membrány n rigidní, jednotlivé složky stále mění postav Jádro: uchovává a předává genetickou informaci (DNA) nutnou k sy proteinů Replikace DNA Syntéza m-, t- a i-rna Říz diferenciace, maturace a funkce buňky Komunikace jádra s prostředím: Jaderná membrána komplex vnitřního a vnějho listu vytvářející perinukleární prostor Vněj list napojen na granulární ER a spolu s vnitřním listem tvoří póry (50 70 nm) - otevírání x zavírání Prostup látek: a) póry selektivní pro proteiny a RNA, závislý na ATP transportér? +difúze b) přes membránu ál elům m a dal řen 3
Chromatin ve světelném mikroskopu nepravidelné nahromadění bazofilního álu během interfáze - komplex DNA protein - mitóza uspořádání do chromozómů - řídí metabolismus a diferenciaci buňky a replikací svého álu se připravují na dal mitózu Enazmatické retikulum Jadérko (nucleolus) - neohraničená membránou kulatá organela, viditelná během interfáze - buď v karyoplazmě nebo nasedá na vnitřní jadernou membránu - velké množství RNA a proteinů Granulární ER Komunikace s jádrem Ribosomy - syntéza proteinů Tvorba glykoproteinů Agranulární ER Žádné ribozomy, sy lipidů (fosfolipidů a cholesterolu), enzymy pro glykogenolýzu Detoxikační význam, zásoba kalcia Golgiho aparát Koncentruje a definitivně upravuje vytvořené proteiny před jejich sekrecí z buňky - transportní a sekreční vesikuly Sy polysacharidů a dokonč sy glykoproteinů Cytoskelet Systém mikrofilament, mikrotubulů, intermediárních filament a mikrotrabekul Transport informací buňkou Změna tvaru buňky Mitochondrie Produkce ATP, místo utilizace kyslíku a produkce oxidu uhličitého Enzymy Krebsova cyklu a oxidativní fosforylace DNA od matky sy ribosomální a transferové RNA Komponenty cytoskeletu ál elům m a dal řen 4
Mimobuněčná hmota (extracelulární matrix) Struktura - organizovaná síť makromolekul vznikajících přímo na místě: 1. Proteoglykany 2. Vláknité proteiny: a) strukturní: kolagen, elastin b) adhezivní: fibronektin, laminin 3. Voda Vznik: činností fibroblastů (chondroblastů, osteoblastů) Funkce: Vodní fáze polysacharidového gelu - difúze živin, metabolitů mezi krví a buňkami Kolagen - zpevnění, elastin - pružnost, fibronektin - podporuje propoj fibroblastů v matrix, laminin - připoj buněk k epitelu Nejvíce: chrupavka, kost, kůže, nejméně: CNS Homeostáza = stálost vnitřního prostředí (+ mechanismy zajišťující homeostázu) - funkční dynamická rovnováha Podmínkou: a) přísun živin, O 2 a regulačních signálů (hormony) b) odsun katabolitů a CO 2 c) normální funkce regulačních orgánů (plíce, ledviny..) STÁLOST ph, IONTOVÉHO SLOŽENÍ, OSMOLALITY, KONCENTRACE VÝZNAMNÝCH LÁTEK (O 2, ŽIVIN, KATABOLITŮ, REGULAČNÍCH LÁTEK) novorozenec: CTV 77% ECT - 50% ICT - 27% Poměr ECT k příjmu a výdeji vody Příjem 700 ml Příjem 2 500 ml ECT 1400 ml ECT 14 000 ml Výdej 700 ml Výdej 2 500 ml 50 % kojenec 14 % dospělý ál elům m a dal řen 5
Vliv změny osmotického prostředí na buňku Celulární transportní mechanismy 1) Paracelulární transport - gap junction, tigh junction 2) Transcelulární transport - transmembránový mechanismus Prostá difúze - volný prostup lipidovou membránou - látky rozpustné v lipidech, malé neutrální molekuly (O 2, CO 2, voda) - zrychluje se při zvýšené teplotě Prostup iontovými kanály (proteinové kanály) - malé molekuly, ionty, voda akvaporiny Sekundární aktivní transport (spřažený transport) - sám o sobě pasivní, spřažen s jiným systémem, který spotřebovává jinou energii - symport ( Glu/Na + (Na + -K + ATPáza) X antiport Primární aktivní transport - Na + -K + pumpa, proti elektrochemickému gradientu, přísun energie Endocytóza a exocytóza (prostřednictvím váčků do buňky a z buňky) ál elům m a dal řen Na + -K + pumpa 6
Iontové kanály - ionty procházejí otevřeným kanálem: a) po směru koncentračního gradientu b) po směru elektrického gradientu = proteinové kanály- proteiny mají tendenci měnit svou konformaci - podle toho, která energie je nutná k tomu, aby bílkovina změnila svou konformaci, dělí se iontové kanály na: 1. stále otevřené 2. řízené napětím 3. řízené chemicky 4. řízené mechanicky 1. Iontové kanály stále otevřené - konformace nestabilní, neustále mění tvar - po koncentračním gradientu: ionty (Na +, K + ), aminokyseliny 2. Iontové kanály řízené napětím (napěťově řízené) - sštěcím mechanismem je změna propustnosti membrány pro ionty v důsledku změny konformace molekuly proteinu - Na + kanál 3 stavový (klidový aktivovaný inaktivovaný) - K + kanál 2 stavový kanál (klidový aktivovaný) - Ca 2+ kanál (3 typy: L, N, T) 3. Iontové kanály řízené chemicky - změna propustnosti iontového kanálu řízeného chemicky je vyvolána vzájemnou reakcí mezi receptorem a iontovým kanálem a) receptor je bezprostřední součástí kanálu b) aktivace receptoru vyvolává prostřednictvím G proteinu vmezeřené reakce, které vedou k fosforylaci kanálu c) aktivace receptoru vyvolává prostřednictvím G proteinu vmezeřené reakce, které změní buněčnou koncentraci látkových faktorů, ale nevedou k fosforylaci kanálu d) aktivace receptoru prostřednictvím G proteinu přímo přenesena na iontová kanál Buněčná komunikace Komunikace mezi buňkami je základem pro říz a koordinaci činnosti buněk, tkání a orgánů těla a pro udrž homeostázy 1. Přímé spoj mezi buňkami a) gap junction skulinové spoj specializovanými proteinovými kanály složenými ze dvou konexonů (každý konexon tvoří 6 konexinů 6 molekul proteinů) - pohyb iontů předávání elektrických signálů mezi buňkami (buňky srdeční svaloviny, hladké svaloviny, nervové buňky, epitel) - pohyb malých molekul b) tight junctions - pravé těsné spoj, splynutí zevních listů membrán a+b = zonula occludens c) zonula adherens zpevňující kontakt- denzní mat.-volněj přiblíž obou membrán, vnitřní memb. - symetricky uložená filamenta d) macula adherens (desmosom) denzní ál mezi membránami - symetricky rozděluje štěrbinu, vnitř. membr.- symetrická filamenta ad a) postsynaptické receptory: nikotinové receptory pro acetylcholin na nervové buňce a nervosvalové ploténce, NMDA a AMPA receptory pro glutamát (Na +, K +, Ca 2+ kanály) excitace receptory pro GABA A a glycin (Cl - kanál) inhibice ad b) G proteiny = GTP vázající regulační proteiny, které zprostředkují přenos z celé řady receptorů na efektorové molekuly; jsou složené z alfa, beta a gama podjednotek 1. G protein aktivace adenylátcyklázy tvorba camp aktivace proteinkinázya fosforylace kanálu 2. G protein aktivace fosfolipázy C tvorba diacylglycerolu aktivace proteinkinázy C fosforylace kanálu 4. Iontové kanály řízené mechanicky (kanály citlivé na napnutí cytoskeletu) - nataž buněčné membrány přímo mechanicky otevírá iontový kanál (Na+, K+ kanály) - (ohnutí stereocilií receptorových buněk vestibulárního aparátu otevř K+ kanálů) Gap junction Gap junction ál elům m a dal řen Buněčná komunikace 7
2. Prostřednictvím lokálních chemických působků hlavní forma u primitivních organismů - nezávislá na oběhovém systému - parakrinní (pankreas) Intersticiální tekutina R 3. Komunikace umožňující rychlé spoj mezi jednotlivými částmi těla a v rámci jednotlivých oddílů těla nervový syst. - rychlost v ms - prostřednictvím nervových vláken - formou akčních potenciálů - specializovaným kontaktem synapse - přenos informace na synapsi specializované působky neurotransmitery, modulátory - receptory - autokrinní (ovarium) R R Cílová buňka Synapse 4. Prostřednictvím chemických působků hormonů - uvolněných na určitý podnět - endokrinní systém - odpověď na hormon pomalej (s až hod.) - často dlouhotrvající - je zprostředkovaná oběhovým systémem - receptory - odpověď velmi lokalizovaná (ADH) nebo ovlivňující všechny buňky (T 3-4 ) - zásadní pro říz růstu, metabolismu, reprodukci e Speciální chemické látky neprodukované klasickými endokrinními buňkami - tkáňové růstové faktory: buněčné děl diferenciace - mechanismus působ: auto-, para- i endokrinní (nervový, epidermální, destičkový, insulinu podobný růstový faktor) - uplatnění: vývoj mnohobuněčných organismů regenerace poškozených tkání Endokrinní buňka Endokrinní systém Oběhový systém R Cílová buňka 5. Vzájemná komunikace mezi nervovým a endokrinním systémem - nervový systém řídí tvorbu hormonů (hypotalamus - hypofýza) - hormony tvoří specializované nervové bb. neuroendokrinní bb. (ADH + oxytocin krevní oběh cílová tkáň) ál elům m a dal řen 8